关于stm32推挽带有上下拉电阻的思考、IO口驱动能力是什么

1、发现推挽带有上下拉电阻

1.1、stm32手册

记忆中推挽是不需要上下拉的，没关注过，但是我真的理解上下拉吗，下图来自stm32f4的中文版和英文版的数据手册，没有翻译错，就是“推挽带有上下拉的能力”。

1.2、查找相关信息

搜索到一篇推挽上下拉的文章，实际测试表格如下，从他的数据来看，推挽不加上下拉对低电平的影响很大，直接变成了1.2V。（持保留意见）

我不信，于是开始测试，推挽加或不加上拉电阻，高电平是3.270V，低电平是0.006V.

那这个1.2V是错误数据？再看其他引脚配置，上拉推挽输出低是0.134V，比起别的输出低电平时的0.005V也要高不少，推测是这个引脚外围电路的影响，他测试的时候有的引脚不是悬空的。

2、负载对输出电平的影响

上拉推挽输出低电平，悬空0.006V，加10mA负载是0.236V。

上拉推挽输出高电平，悬空3.270V，加10mA负载是3.067V。

结论：IO的驱动能力是有限的，负载明显影响着输出电平的电压；

对于stm32f4芯片，大概10mA负载电流，电压会拉0.2V左右。

3、驱动能力是什么

驱动，动词，做谓语，宾语是什么，驱动什么，驱动负载，驱动能力指的是驱动负载的能力。

驱动，动词，做谓语，主语是什么，什么来驱动，电源。

合起来就是，电源驱动负载的能力。

（再继续，电源分电压源和电流源，下面只说电压源）

3.1、电压源

3.1.1、理想电压源

不管负载是什么，电压源输出的电压不变，电路模型和伏安特性曲线如下：

3.1.2、实际电压源

含有内阻，内阻和负载影响着电压源输出的电压，电路模型和伏安特性曲线如下：

 

现实中，IO口推挽输出对应实际电压源，比如推挽输出高电平看做一个3.3V的电压源，随着负载加大，电流增大，内阻上分去的电压也增大，负载两端的电压就减小，所以上面测试，加10mA负载后，电压从3.270V降到了3.067V。

4、推挽的电路结构与驱动能力

4.1、推挽的电路结构

下图是手册中IO口的内部结构，推挽就是通过控制PMOS和NMOS的导通，只导通PMOS输出高，只导通NMOS输出低。

4.2、推挽的驱动能力

稍微简化一下上图。

以输出高电平（PMOS导通NMOS截止）、不加上拉电阻为例。

此时电流的路径是VDD——PMOS——负载，MOS导通是有内阻的，可以看做是电压源的内阻，还是上面3.1.2所说的，负载越大内阻上分压越大，所以负载上电压减小，推挽的驱动能力就是受到内阻的影响。

 

4.3、上拉电阻对于驱动能力的影响

继续看图，PMOS和上拉电阻的上端都是连VDD，PMOS导通电阻和上拉电阻并连，等效为新的内阻，由于是并连，所以现在的内阻比之前的小，驱动能力就会增强。

上面是理论分析，实际测试加不加上拉电阻，在空载和负载两种情况下没啥区别，为什么配置推挽上拉电阻驱动能力测不出明显区别呢？

要看PMOS的内阻是多少，上拉电阻是多少。

PMOS内阻：20mA下降1.3V，内阻62欧；6mA下降0.4V，内阻66欧。

PMOS取66欧，上拉取40K，并联完了65.9欧，测不出来明显区别就合理了。